JP2005012883A

JP2005012883A - 直流電動機

Info

Publication number: JP2005012883A
Application number: JP2003172408A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Kaneko; 良司金子
Original assignee: Moric Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2023-06-17
Also published as: TW200513008A; CN100423413C; EP1489724A1; CN1592045A; JP4025250B2; EP1489724B1; US20040256944A1; DE602004016704D1

Abstract

【課題】簡単な結線構造で位相ずれを防止でき、ブラシの耐電圧を高め、劣化を抑制して寿命を延伸できる直流電動機を提供する。
【解決手段】回転軸と、複数のマグネット部３と、複数の磁極歯７と、各磁極歯７に巻回されたコイル９と、各コイル９の巻線端部が接続される複数のセグメント８ａと、該セグメント８ａに摺接する複数のブラシ１０とを有する直流電動機において、前記マグネット数ｍは、４又はそれ以上の偶数であり、前記磁極歯数ｔは、ｍ＋２であり、前記セグメント数ｓは、２ｔであり、前記ブラシ数ｂは、ｍであり、前記セグメント８ａは、２個ずつ間を飛ばして２個ごとにコイル９に接続して連続した一連のコイルを形成し、隣接するコイル９の通電方向が正逆反対方向となるように前記コイル９とセグメント８ａが結線され、各コイル９の巻線の両端部は、相互に交差するとともに隣のコイル９の一方の巻線端部と交差して前記セグメント８ａに接続した。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシ付直流電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシ付直流電動機は、例えばロータの回転軸と、このロータ外周に円弧状に等間隔に配設した複数のマグネットからなるステータと、前記マグネットの内周面に対向して前記回転軸から放射状に形成された複数の磁極歯と、各磁極歯に巻回されたコイルと、前記磁極歯の軸方向の一方の端部に隣接して一定の隙間を介して円環状に設けられ、各コイルの巻線端部が接続される複数のセグメントからなるコンミテータと、前記セグメントに摺接するブラシとを有する。
【０００３】
このような直流電動機においては、ブラシ間の耐電圧を高めるとともに、コイルの位相ずれによるエネルギー損失を抑える必要がある。位相ずれは、隣接するコイルの巻線に相互に逆方向に通電されたときに電磁エネルギーのロスとして表れる。したがって、位相ずれを防止するためには、隣接するコイルに正逆反対方向となるように通電して（一方が正巻き通電方向なら他方は逆巻き通電方向）、隣接する巻線に同一方向の電流を流すことが必要である。
【０００４】
また、ブラシの寿命を延ばすためには、回転に伴いブラシとセグメントとの摺接摩擦抵抗が変動せずに安定して一定に維持されることが必要である。
【０００５】
このようなブラシ付直流電動機が例えば特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載の直流電動機は、各磁極歯に巻回されたコイルが一筆書き状に連続するように各コイルの巻線端部とセグメントとを接続し、２個のブラシによりセグメントを介して各コイルに通電している。２個のブラシの幅は２セグメント分の幅であり、ブラシ間の間隔は１セグメント分の間隔として、コイルをブラシ間に並列に配列してモータのインダクタンスを小さくし、ブラシの寿命を延ばし滑らかな回転を得ようとしている。
【０００６】
しかしながら、この文献記載のコイル結線構造では、２個のブラシの（＋）側から（ＧＮＤ）側に電流が流れたときのコイルの電流方向について明確な記載がなく、回転中のコイルに対する正逆反対方向への通電による位相ずれの防止が図られているとはいえない。また、セグメントに対するコイルの巻線端部の接続の他にセグメント間の渡り線接続や巻線終了後の切断作業等が必要になり、セグメント部分の結線作業が煩雑になり、配線構造も複雑になる。
【０００７】
また、ブラシの耐電圧については、ブラシ間の間隔にセグメント間の隙間（絶縁領域）が１つしか入らないため、充分な耐電圧が得られない。また、全ての磁極歯にコイルを巻回した状態で、さらに未使用のセグメントが残るため、使用効率が悪いとともに、回転中にブラシに対する摺接摩擦抵抗が変動しブラシの劣化を速めることになる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２７５３２７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、簡単な結線構造で位相ずれを防止でき、ブラシの耐電圧を高めるとともに劣化を抑制して寿命を延ばすことができる直流電動機の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、回転軸と、この回転軸に対し円弧状に略等間隔に配設した複数のマグネット部と、前記マグネット部の内周面に対向して放射状に形成された複数の磁極歯と、各磁極歯に巻回されたコイルと、前記磁極歯の軸方向の一方の端部に隣接して、一定の隙間を介して円環状に設けられ、各コイルの巻線端部が接続される複数のセグメントと、前記セグメントに摺接する複数のブラシとを有する直流電動機において、前記マグネット数ｍは、４又はそれ以上の偶数であり、前記磁極歯数ｔは、ｍ＋２であり、前記セグメント数ｓは、２ｔであり、前記ブラシ数ｂは、ｍであり、前記セグメントは、２個ずつ間を飛ばして２個ごとにコイルに接続して連続した一連のコイルを形成し、隣接するコイルの通電方向が正逆反対方向となるように前記コイルとセグメントが結線され、各コイルの巻線の両端部は、相互に交差するとともに隣のコイルの一方の巻線端部と交差して前記セグメントに接続されたことを特徴とする直流電動機を提供する。
なお、ｍ＝８の場合、２組のｍ＝４の構成を組合せて形成してもよい。この場合にはｔは１２になる。
【００１１】
この構成によれば、コイル組立時に、一旦各磁極歯にコイルを巻回した後、セグメントとの結線作業において、各コイルの巻線の両端部を交差させ、隣のコイルの巻線端部と交差させてセグメントに接合することにより、通電したときに、一連のコイルの通電方向が交互に正逆順番に並ぶように結線して位相ずれを防止することができる。これにより、セグメント同士の結線や切断を伴うことなく、簡単に正逆順番にコイルに通電して位相ずれを防止あるいは軽減できる。
なお、ｍ＝８の場合、２組のｍ＝４の構成を組合せて形成してもよい。この場合にはｔは１２になる。
【００１２】
なお、マグネット部は、円弧状に分割されたマグネットであってもよいし、一体の円筒状部材を局部的に円弧状に着磁してマグネット部を形成したものであってもよい。
【００１３】
また、一連のコイルとは、各コイルの巻線の巻き始めと巻き終わりがセグメントを介して連続する複数のコイルである。セグメントに対する（＋）（−）のブラシの接触位置によりコイルへの通電方向は回転中逐次変わる。したがって、回転中に一連のコイル全てに通電されるわけではなく、回転位置によっては、通電されないコイルや並列して隣接するコイルの巻線に同じ方向だけでなく、逆方向に通電される場合も起こり得る。このような場合であっても、１回転中に必ず一連のコイルにおいて並列して隣接するコイルの巻線に同じ方向に通電される位置が存在することにより、位相ずれの防止或いは軽減が図られる。
【００１４】
好ましい構成例では、前記ブラシ間の間隔は、１回転中の少なくとも一部で２つの前記セグメントの隙間が含まれる間隔であること特徴としている。
【００１５】
この構成によれば、４個以上のブラシを用いて、１回転の間にブラシ間の間隔にセグメント間の隙間（絶縁領域）が２つ又はそれ以上入るため、絶縁性が高まり、耐電圧が向上する。
【００１６】
さらに本発明では、回転軸と、この回転軸に対し円弧状に略等間隔に配設した複数のマグネット部と、前記マグネット部の内周面に対向して放射状に形成された複数の磁極歯と、各磁極歯に巻回されたコイルと、前記磁極歯の軸方向の一方の端部に隣接して、一定の隙間を介して円環状に設けられ、各コイルの巻線端部が接続される複数のセグメントとを有する直流電動機において、前記マグネット数ｍは、４であり、前記磁極歯数ｔは、６であり、前記セグメント数ｓは、１２であり、前記ブラシ数ｂは、２，３又は４であり、前記セグメントは、２個ずつ間を飛ばして２個ごとにコイルに接続して連続した一連のコイルを形成し、隣接するコイルの通電方向が正逆反対方向となるように前記コイルとセグメントが結線され、前記１２個のセグメント同士は、６個ごとに結線されたことを特徴とする直流電動機を提供する。
【００１７】
この構成は、ブラシ数が２、３又は４個の直流電動機に限定したものであり、ブラシ数を４個又はそれ以下とした場合においても、１２個のセグメント同士を６個ごとに間隔を隔てて２個ずつのペアにして結線することにより、位相ずれを防止したコイルとセグメントとの結線が可能になり、且つ耐電圧の向上の効果が得られる。
【００１８】
好ましい構成例では、前記ｔ個の磁極歯に巻回された各コイルの巻線端部を２ｔ個のセグメントのうちｔ個のセグメントに接続させて一連のｔ個のコイルを形成し、さらに残りのｔ個のセグメントに巻線端部を接続させて各磁極歯にコイルを重ねて巻回して別の一連のｔ個のコイルを形成したことを特徴としている。
【００１９】
この構成によれば、全磁極歯に対し通電方向が正逆順番になる一連のコイルをコイルと同数のセグメントに結線することにより形成し、さらに残りのセグメントを用いて、全磁極歯に対し別の一連のコイルを重ねて形成するため、セグメントの使用効率が向上し、安定した高出力が得られる。また、セグメントが均等に用いられ回転中にブラシに対する摺接摩擦抵抗がほぼ一定になるため、ブラシの劣化が抑制されブラシの寿命を延ばすことができる。
【００２０】
さらに本発明では、回転軸と、この回転軸に対し円弧状に略等間隔に配設したｍ個のマグネット部と、前記マグネット部の内周面に対向して放射状に形成されたｔ（＝ｍ＋２）個の磁極歯と、１つおきにｔ／２個の磁極歯に２個ずつ設けたｔ個のコイルと、前記磁極歯の軸方向の一方の端部に隣接して、一定の隙間を介して円環状に設けられ、各コイルの巻線端部が接続される２ｔ個のセグメントと、前記セグメントに摺接する複数のブラシとを有する直流電動機において、前記２ｔ個のセグメントのうち、２個ずつ間を飛ばして２個ごとにｔ個のセグメントを用いて前記ｔ個のコイルに接続することにより、連続したｔ個の一連のコイルを形成し、各磁極歯に設けた２個のコイルのうち、一方のコイルの巻線の両端部は相互に交差して前記セグメントに接続され、他方のコイルの巻線の両端部は相互に離間して前記セグメントに接続されたことを特徴とする直流電動機を提供する。
【００２１】
この構成は、ｔ個の磁極歯とｓ＝２ｔ個のセグメントを有し、そのうちｔ／２個の磁極歯及びｓ／２個のセグメントを用いて一連のコイルを形成したものである。コイル組立時に、一旦ｔ／２個の各磁極歯に２個ずつコイルを巻回した後、セグメントとの結線作業において、一方のコイルの巻線の両端部は相互に交差して前記セグメントに接続し、他方のコイルの巻線の両端部は相互に離間して前記セグメントに接続することにより、通電したときに、位相ずれを防止あるいは軽減することができる。
【００２２】
好ましい構成例では、前記ｔ個の磁極歯のうちｔ／２個の磁極歯に巻回された各コイルの巻線端部を２ｔ個のセグメントのうちｔ個のセグメントに接続させて一連のコイルを形成し、さらに残りのｔ／２個の磁極歯にコイルを巻回してその巻線端部を残りのｔ個のセグメントに接続させて前記一連のコイルと同じ形状の別の一連のコイルを形成したことを特徴としている。
【００２３】
この構成によれば、ｔ個の磁極歯及びｓ（＝２ｔ）個のセグメントのうちｔ／２個の磁極歯及びｓ／２個のセグメントを用いて一連のコイルを形成し、さらに残りのｔ／２個の磁極歯及びｓ／２個のセグメントを用いて、別の一連のコイルを重ねて形成するため、セグメントの使用効率が向上し、安定した高出力が得られる。また、セグメントが均等に用いられ回転中にブラシに対する摺接摩擦抵抗がほぼ一定になるため、ブラシの劣化が抑制されブラシの寿命を延ばすことができる。
【００２４】
さらに本発明では、回転軸と、この回転軸に対し円弧状に略等間隔に配設した４つのマグネット部と、前記マグネット部の内周面に対向して放射状に形成された３個の磁極歯と、３個の磁極歯の各々に２個ずつ設けた６個のコイルと、前記磁極歯の軸方向の一方の端部に隣接して、一定の隙間を介して円環状に設けられ、各コイルの巻線端部が接続される１２個のセグメントと、前記セグメントに摺接する複数のブラシとを有する直流電動機において、前記セグメントは、２個ずつ間を飛ばして２個ごとにコイルに接続して連続した６個の一連のコイルを形成し、各磁極歯に設けた２個のコイルのうち、一方のコイルの巻線の両端部は相互に交差して前記セグメントに接続され、他方のコイルの巻線の両端部は相互に離間して前記セグメントに接続されたことを特徴とする直流電動機を提供する。
【００２５】
この構成は、３個の磁極歯を有する直流電動機に限定したものである。さらに詳しくは、３個の磁極歯と１２個のセグメントを有し、３個の磁極歯の各々に２個のコイルを形成するとともに、１２個のうち６個のセグメントを用いて一連のコイルを形成した直流電動機に限定したものである。コイル組立時に、一旦各磁極歯に２個ずつコイルを巻回した後、セグメントとの結線作業において、一方のコイルの巻線の両端部は相互に交差して前記セグメントに接続し、他方のコイルの巻線の両端部は相互に離間して前記セグメントに接続することにより、通電したときに、位相ずれを防止あるいは軽減することができる。
【００２６】
好ましい構成例では、前記３個の磁極歯に巻回した各コイルの巻線端部を、１２個のセグメントのうち６個のセグメントに接続させて一連のコイルを形成し、さらに前記３個の磁極歯に２個ずつ別のコイルを形成し、該別のコイルの巻線端部を残りの６個のセグメントに接続させて前記一連のコイルと同じ形状の別の一連のコイルを形成したことを特徴としている。
【００２７】
この構成によれば、３個の磁極歯及び１２個のうち６個のセグメントを用いて一連のコイルを形成し、さらに残りの６個のセグメントを用いて、別の一連のコイルを重ねて形成するため、セグメントの使用効率が向上し、安定した高出力が得られる。また、セグメントが均等に用いられ回転中にブラシに対する摺接摩擦抵抗がほぼ一定になるため、ブラシの劣化が抑制されブラシの寿命を延ばすことができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用される直流電動機の全体構成図である。この電動機は例えば自動二輪車のスタータとして用いられる。
【００２９】
電動機１は、円筒状のヨーク２とその内面に接合されたマグネット３からなるステータ４と、このステータ４内に装着されたロータ５とにより構成される。マグネット３は、ヨーク２の内周に沿って等間隔に配設された複数枚の円弧状の分割体からなる。ロータ５は、マグネット３に対向して、ロータ軸６から放射状に設けられた複数の磁極歯７を有する。各磁極歯７は頭部を外向きにしたほぼＴ字状であり、隣接する磁極歯７，７間にスロット７ａが形成される。各磁極歯７にスロット７ａを通してコイル（点線参照）が巻回される。
【００３０】
ロータ軸６のコイルの軸方向の一方の端部にコンミテータ８が装着される。コンミテータ８は、一定の隙間を介して円環状に配設した複数のセグメント８ａからなる。コイルの巻線両端部が所定のセグメント８ａに接続される。
【００３１】
このセグメント８ａにスプリングを介して弾発的に接触する複数の（＋）側と（−）側のブラシ１０が設けられる（図は１個のみ示す）。
【００３２】
前カバー１１と、後カバー１２と、ステータ４自体によりモータケース１３が形成される。１４はベアリングを示す。１５は正極ターミナルであり、バッテリの正極と（＋）側ブラシとを接続する。５０は負極ターミナルであり、バッテリの負極と（−）側ブラシとを接続する。１７はオイルシールである。
【００３３】
分割された円弧状マグネット３の数ｍは、４枚又はそれ以上の偶数である。すなわち、ｍ＝４，６，８，・・・となる。４枚の場合はほぼ９０°の円弧形状であり、６枚の場合はほぼ６０°、８枚の場合はほぼ４５°の円弧形状になる。
【００３４】
磁極歯７の数ｔは、ｔ＝ｍ＋２である。セグメント８ａの数ｓは、ｓ＝２ｔである。また、ブラシ１０の数ｂは、ｂ＝ｍである。
【００３５】
図２は、本発明の実施形態に係るコイル結線構造の展開図である。この実施形態は、マグネット数ｍ＝４、磁極歯数ｔ＝６、セグメント数ｓ＝１２、ブラシ数ｂ＝４の例である。（Ａ）〜（Ｃ）は、ロータの回転により、ブラシ１０が相対的に半セグメントずつ図の右方向に移動した状態を順番に示す。
【００３６】
４個のマグネット３に対向する６個の磁極歯７の各々にコイル９が巻回される。各コイル９の巻線の両端部は、１２個のセグメント８ａ（＃１〜＃１２）のうち所定の位置関係のセグメントに接続される。図示したように、各コイル９の巻線両端部は相互に交差するとともに隣のコイルの一方の巻線端部と交差してセグメント８ａに接続される。セグメント数ｓは磁極歯数ｔの２倍であり、各磁極歯７に対応してその真下に２個のセグメント８ａが設けられる。各磁極歯７のコイル９の巻線端部は、真下の２個のセグメントのうち遠い方又は隣の磁極歯の真下の２個のセグメントのうち遠い方のセグメントに接続される。各磁極歯の真下のセグメントに接続されるコイルと隣の磁極歯の真下のセグメントに接続されるコイルは交互に配設される。したがって、セグメントは、２個ずつ間を飛ばして２個ごとにコイルに結線され、一連の６個のコイルが形成される。これにより、図のように、１２個のセグメントのうち６個のセグメント＃１，２，５，６，９，１０を用いて６個のコイル９が接続される。この一連の６個のコイル９は、ブラシ１０を介して矢印のように通電することにより、隣接するコイルが正逆反対方向の通電方向となるようなコイルが形成され、並列して隣接するコイル９の巻線の通電方向が同一方向になる。これにより、位相ずれがなくなる。
【００３７】
ロータを構成する１２個のセグメント８ａは、コイル９とともに回転し、４個のブラシ１０（Ａ〜Ｄ）が各セグメントに摺接する。
【００３８】
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、ロータの回転により、ブラシ１０が相対的に半セグメントずつ図の右方向に移動した状態を順番に示す。図示したように，隣接するブラシ１０間の間隔は、２つのセグメント８ａ間の隙間を含む広さである。このように、絶縁領域となるセグメント８ａ間の隙間を２つ又はそれ以上含むことにより、絶縁性が高まり、耐電圧が向上する。
【００３９】
図３は、本発明の別の実施形態の説明図である。
この実施形態は、前述の図２の例で未使用の６個のセグメント（＃３，４，７，８，１１，１２）を用いて、各磁極歯７にコイル９を重ねて形成したものである。すなわち、（Ａ）に示すように、図２と同様に、６個のセグメント（＃１，２，５，６，９，１０）を用いて一連の６個のコイル９を形成した後、（Ｂ）に示すように、さらに残りの６個のセグメント（＃３，４，７，８，１１，１２）を用いて一連の６個のコイル９を各磁極歯７に重ねて形成する。（Ａ）（Ｂ）を重ね合わせて１つのロータを形成する。これにより、（Ｃ）に示すように、全てのセグメント８ａが均等に使用されるため、セグメントの使用効率が向上し、安定した高出力が得られるとともに、回転中にブラシ１０に対する摺接摩擦抵抗がほぼ一定になるため、ブラシの劣化が抑制されブラシの寿命を延ばすことができる。なお、（Ａ）の一連のコイルと（Ｂ）の一連のコイルを重ねた（Ｃ）において、（Ｂ）の一連のコイルは一点鎖線で示してある。
【００４０】
図４は、本発明の別の実施形態の説明図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、ロータの回転により、ブラシが相対的に半セグメントずつ図の右方向に移動した状態を順番に示す。
【００４１】
この実施形態は、ブラシ１０の幅を大きくし、したがって、ブラシ間の間隔が幾分狭くなった例を示す。この例では、（Ｂ）の位置でセグメント間の隙間が１つ分しか挟まれていないが、（Ａ）及び（Ｃ）の位置で２つ分のセグメント間の隙間が含まれる広さとなっている。このように、回転中の少なくとも１ヶ所でブラシ１０間の間隔がセグメント８ａ間の隙間を２つ以上含むような間隔とすることにより、平均的なブラシ間の間隔が広がって、十分大きな耐電圧を得ることができる。これによりブラシ幅に対する制約が少なくなって、設計の自由度が広がる。
【００４２】
図５は、本発明のさらに別の実施形態の展開図である。この実施形態は、マグネット数ｍ＝６、磁極歯数ｔ＝８、セグメント数ｓ＝１６、ブラシ数ｂ＝６としたものである。
【００４３】
前述の図２の例と同様に、各コイル９の巻線両端部は相互に交差するとともに隣のコイルの一方の巻線端部と交差してセグメント８ａに接続される。セグメント数ｓは磁極歯数ｔの２倍であり、各磁極歯７に対応してその真下に２個のセグメント８ａが設けられる。各磁極歯７のコイル９の巻線端部は、真下の２個のセグメントのうち遠い方又は隣の磁極歯の真下の２個のセグメントのうち遠い方のセグメントに接続される。各磁極歯の真下のセグメントに接続されるコイルと隣の磁極歯の真下のセグメントに接続されるコイルは交互に配設される。これにより、図のように、１６個のセグメントのうち８個のセグメント＃１，２，５，６，９，１０，１３，１４を用いて８個のコイル９が接続される。この一連の８個のコイル９は、ブラシ１０を介して矢印のように通電することにより、隣接するコイルが正逆反対方向の通電方向となるようなコイルが形成され、並列して隣接するコイル９の巻線の通電方向が同一方向になる。これにより、位相ずれがなくなる。
【００４４】
このようにｍ＝６とした場合において、前述の図３の例と同様に、未使用のセグメント（＃３，４，７，８，１１，１２，１５，１６）を用いて別の一連のコイルを重ねて形成してもよい。
【００４５】
図６は、本発明のさらに別の実施形態の展開図である。この実施形態は、マグネット数ｍ＝８、磁極歯数ｔ＝１０、セグメント数ｓ＝２０、ブラシ数ｂ＝８としたものである。
【００４６】
前述の図２の例と同様に、各コイル９の巻線両端部は相互に交差するとともに隣のコイルの一方の巻線端部と交差してセグメント８ａに接続される。セグメント数ｓは磁極歯数ｔの２倍であり、各磁極歯７に対応してその真下に２個のセグメント８ａが設けられる。各磁極歯７のコイル９の巻線端部は、真下の２個のセグメントのうち遠い方又は隣の磁極歯の真下の２個のセグメントのうち遠い方のセグメントに接続される。各磁極歯の真下のセグメントに接続されるコイルと隣の磁極歯の真下のセグメントに接続されるコイルは交互に配設される。これにより、図のように、１０個のセグメント＃１，２，５，６，９，１０，１３，１４，１７，１８を用いて１０個のコイル９が接続される。この一連の１０個のコイル９は、ブラシ１０を介して矢印のように通電することにより、隣接するコイルが正逆反対方向の通電方向となるようなコイルが形成され、並列して隣接するコイル９の巻線の通電方向が同一方向になる。これにより、位相ずれがなくなる。
【００４７】
このようにｍ＝８とした場合において、前述の図３の例と同様に、未使用の１０個のセグメント（＃３，４，７，８，１１，１２，１５，１６，１９，２０）を用いて別の一連のコイルを重ねて形成してもよい。
【００４８】
図７は、本発明のさらに別の実施形態の展開図である。
この例は、６個の磁極歯７と１２個のセグメント８ａからなり、６個の磁極歯７のうち３個の磁極歯７を用いてその各々に２つのコイル９ａ，９ｂを重ねて形成し、それらを１２個のセグメントのうち６個のセグメント８ａを用いて接続して一連のコイルを形成したものである。
【００４９】
図示したように、重ねて形成した２つのコイル９ａ，９ｂのうち一方のコイル９ａは、その両方の巻線端部が交差して隣接する２個のセグメント８ａに接続される。他方のコイル９ｂは、その両方の巻線端部が相互に離間して離れた位置のセグメント８ａに接続される。セグメント８ａは、前述の実施形態と同様に、２個ずつ間を飛ばして２個ごとにコイルに接続される。
【００５０】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、図７の実施形態において、前述の図２（Ａ）〜（Ｃ）と同様に、ロータの回転により、ブラシが相対的に半セグメントずつ図の右方向に移動した状態を順番に示す。矢印はブラシ１０からの通電方向を示す。
【００５１】
図９は、図７の実施形態において使用しない３個の磁極歯と６個のセグメントを用いて、図７と同じ形状の別の一連のコイルを形成して重ね合わせたものである。（Ａ）は図７と同じであり、各磁極歯７に２つのコイル９ａ，９ｂが形成されている。（Ｂ）は、（Ａ）と同じ形状で別の磁極歯及び別のセグメントを用いた別の一連のコイルを示し、各磁極歯に２つのコイル９ｃ，９ｄが形成され、これらを連結して一連のコイルを形成している。（Ａ）と（Ｂ）を重ね合わせたものが（Ｃ）である。
【００５２】
図１０は、本発明のさらに別の実施形態を示す。
この例は、前述の図７の実施形態において６個の磁極歯のうち使用していない３個の磁極歯を省略したものである。すなわち、３個の磁極歯７と１２個のセグメント８ａからなり、３個の磁極歯７の各々に２つのコイル９ａ，９ｂを重ねて形成し、それらを１２個のセグメントのうち６個のセグメント８ａを用いて接続して一連のコイルを形成したものである。
【００５３】
図７の例と同様に、重ねて形成した２つのコイル９ａ，９ｂのうち一方のコイル９ａは、その両方の巻線端部が交差して隣接する２個のセグメント８ａに接続される。他方のコイル９ｂは、その両方の巻線端部が相互に離間して離れた位置のセグメント８ａに接続される。セグメント８ａは、２個ずつ間を飛ばして２個ごとにコイルに接続される。
【００５４】
図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、図１０の実施形態において、前述の図８（Ａ）〜（Ｃ）と同様に、ロータの回転により、ブラシが相対的に半セグメントずつ図の右方向に移動した状態を順番に示す。
【００５５】
図１２は、図１０の実施形態において使用しない６個のセグメントを用いて、図１０と同じ形状の別の一連のコイルを形成して重ね合わせたものである。
（Ａ）は図１０と同じであり、各磁極歯７に２つのコイル９ａ，９ｂが形成されている。（Ｂ）は、（Ａ）と同じ形状で別のセグメントを用いた別の一連のコイルを示し、各磁極歯に２つのコイル９ｃ，９ｄが形成され、これらを連結して一連のコイルを形成している。（Ａ）と（Ｂ）を重ね合わせたものが（Ｃ）である。
【００５６】
図１３（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ本発明のさらに別の実施形態のコイル結線構成図である。これらの実施形態は、セグメント同士を結線してブラシの数を少なく（４個以下に）したものである。
【００５７】
（Ａ）は、前述の図２の実施形態と同じコイル巻線構造を用いてセグメントを６個ごとに結線したものである。
（Ｂ）は、前述の図７の実施形態と同じコイル巻線構造を用いてセグメントを６個ごとに結線したものである。なお、（Ａ）（Ｂ）ともに、６個の磁極歯を有し、セグメント数が１２個の例を示したが、これに限定されず、磁極歯数がｔ個で、セグメント数が２ｔ個の巻線構造に対しｔ個ごとにセグメントを結線することにより適用可能である。
【００５８】
このようにセグメント同士を結線することにより、ブラシの数を２又は３個あるいは４個の構成において、位相ずれをなくした結線が可能で且つ耐電圧を高めることができる。
【００５９】
図１４（Ａ）〜（Ｃ）は、図１３（Ａ）の実施形態において、ブラシを２個にした場合に、前述の図２（Ａ）〜（Ｃ）と同様に、ロータの回転により、ブラシが相対的に半セグメントずつ図の右方向に移動した状態を順番に示す。
【００６０】
図１５（Ａ）〜（Ｃ）は、図１３（Ａ）の実施形態において、ブラシを４個にした場合に、前述の図２（Ａ）〜（Ｃ）と同様に、ロータの回転により、ブラシが相対的に半セグメントずつ図の右方向に移動した状態を順番に示す。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、コイル組立時に、一旦各磁極歯にコイルを巻回した後、セグメントとの結線作業において、各コイルの巻線の両端部を交差させ、隣のコイルの巻線端部と交差させてセグメントに接合することにより、通電したときに、一連のコイルの通電方向が交互に正逆順番に並ぶように結線して位相ずれを防止することができる。これにより、セグメント同士の結線や切断を伴うことなく、簡単に正逆順番にコイルに通電して位相ずれを防止あるいは軽減できる。
【００６２】
また、前記ブラシ間の間隔は、１回転中の少なくとも一部で２つの前記セグメントの隙間が含まれる間隔である構成によれば、４個以上のブラシを用いて、１回転の間にブラシ間の間隔にセグメント間の隙間（絶縁領域）が２つ又はそれ以上入るため、絶縁性が高まり、耐電圧が向上する。
【００６３】
さらに本発明では、ブラシ数を４個又はそれ以下とした場合においても、２ｔ個のセグメント同士をｔ個ごとに間隔を隔てて２個ずつのペアにして結線することにより、位相ずれを防止したコイルとセグメントとの結線が可能になり、且つ耐電圧の向上の効果が得られる。
【００６４】
また、前記ｔ個の磁極歯に巻回された各コイルの巻線端部を２ｔ個のセグメントのうちｔ個のセグメントに接続させて一連のｔ個のコイルを形成し、さらに残りのｔ個のセグメントに巻線端部を接続させて各磁極歯にコイルを重ねて巻回して別の一連のｔ個のコイルを形成した構成によれば、全磁極歯に対し通電方向が正逆順番になる一連のコイルをコイルと同数のセグメントに結線することにより形成し、さらに残りのセグメントを用いて、全磁極歯に対し別の一連のコイルを重ねて形成するため、セグメントの使用効率が向上し、安定した高出力が得られる。また、セグメントが均等に用いられ回転中にブラシに対する摺接摩擦抵抗がほぼ一定になるため、ブラシの劣化が抑制されブラシの寿命を延ばすことができる。
【００６５】
さらに、ｔ個の磁極歯とｓ＝２ｔ個のセグメントを有し、そのうちｔ／２個の磁極歯及びｓ／２個のセグメントを用いて一連のコイルを形成した構成において、コイル組立時に、一旦ｔ／２個の各磁極歯に２個ずつコイルを巻回した後、セグメントとの結線作業において、一方のコイルの巻線の両端部は相互に交差して前記セグメントに接続し、他方のコイルの巻線の両端部は相互に離間して前記セグメントに接続することにより、通電したときに、位相ずれを防止あるいは軽減することができる。
【００６６】
さらに、前記ｔ個の磁極歯のうちｔ／２個の磁極歯に巻回された各コイルの巻線端部を２ｔ個のセグメントのうちｔ個のセグメントに接続させて一連のコイルを形成し、さらに残りのｔ／２個の磁極歯にコイルを巻回してその巻線端部を残りのｔ個のセグメントに接続させて前記一連のコイルと同じ形状の別の一連のコイルを形成した構成によれば、ｔ個の磁極歯及びｓ（＝２ｔ）個のセグメントのうちｔ／２個の磁極歯及びｓ／２個のセグメントを用いて一連のコイルを形成し、さらに残りのｔ／２個の磁極歯及びｓ／２個のセグメントを用いて、別の一連のコイルを重ねて形成するため、セグメントの使用効率が向上し、安定した高出力が得られる。また、セグメントが均等に用いられ回転中にブラシに対する摺接摩擦抵抗がほぼ一定になるため、ブラシの劣化が抑制されブラシの寿命を延ばすことができる。
【００６７】
さらに、３個の磁極歯と１２個のセグメントを有し、３個の磁極歯の各々に２個のコイルを形成するとともに、１２個のうち６個のセグメントを用いて一連のコイルを形成した直流電動機において、コイル組立時に、一旦各磁極歯に２個ずつコイルを巻回した後、セグメントとの結線作業において、一方のコイルの巻線の両端部は相互に交差して前記セグメントに接続し、他方のコイルの巻線の両端部は相互に離間して前記セグメントに接続することにより、通電したときに、位相ずれを防止あるいは軽減することができる。
【００６８】
この場合、前記３個の磁極歯に巻回した各コイルの巻線端部を、１２個のセグメントのうち６個のセグメントに接続させて一連のコイルを形成し、さらに前記３個の磁極歯に２個ずつ別のコイルを形成し、該別のコイルの巻線端部を残りの６個のセグメントに接続させて前記一連のコイルと同じ形状の別の一連のコイルを形成した構成によれば、３個の磁極歯及び１２個のうち６個のセグメントを用いて一連のコイルを形成し、さらに残りの６個のセグメントを用いて、別の一連のコイルを重ねて形成するため、セグメントの使用効率が向上し、安定した高出力が得られる。また、セグメントが均等に用いられ回転中にブラシに対する摺接摩擦抵抗がほぼ一定になるため、ブラシの劣化が抑制されブラシの寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される直流電動機の構成図。
【図２】本発明の実施形態の展開図。
【図３】本発明の別の実施形態の説明図。
【図４】本発明のさらに別の実施形態の説明図。
【図５】本発明のさらに別の実施形態の展開図。
【図６】本発明のさらに別の実施形態の展開図。
【図７】本発明のさらに別の実施形態の展開図。
【図８】図７の実施形態の動作説明図。
【図９】図７の実施形態を用いた別の実施形態の説明図。
【図１０】本発明のさらに別の実施形態の展開図。
【図１１】図１０の実施形態の動作説明図。
【図１２】図１０の実施形態を用いた別の実施形態の説明図。
【図１３】本発明のさらに別の実施形態の構成説明図。
【図１４】図１３（Ａ）の実施形態のブラシ２個の場合の動作説明図。
【図１５】図１３（Ａ）の実施形態のブラシ４個の場合の動作説明図。
【符号の説明】
１：電動機、２：ヨーク、３：マグネット、４：ステータ、５：ロータ、
６：ロータ軸、７：磁極歯、８：コンミテータ、８ａ：セグメント、
９：コイル、１０：ブラシ、１１：前カバー、１２：後カバー、
１３：モータケース、１４：ベアリング、１５：正極ターミナル、
１７：オイルシール、５０：負極ターミナル。

Claims

回転軸と、
この回転軸に対し円弧状に略等間隔に配設した複数のマグネット部と、
前記マグネット部の内周面に対向して放射状に形成された複数の磁極歯と、
各磁極歯に巻回されたコイルと、
前記磁極歯の軸方向の一方の端部に隣接して、一定の隙間を介して円環状に設けられ、各コイルの巻線端部が接続される複数のセグメントと、
前記セグメントに摺接する複数のブラシとを有する直流電動機において、
前記マグネット数ｍは、４又はそれ以上の偶数であり、
前記磁極歯数ｔは、ｍ＋２であり、
前記セグメント数ｓは、２ｔであり、
前記ブラシ数ｂは、ｍであり、
前記セグメントは、２個ずつ間を飛ばして２個ごとにコイルに接続して連続した一連のコイルを形成し、
隣接するコイルの通電方向が正逆反対方向となるように前記コイルとセグメントが結線され、
各コイルの巻線の両端部は、相互に交差するとともに隣のコイルの一方の巻線端部と交差して前記セグメントに接続されたことを特徴とする直流電動機。
前記ブラシ間の間隔は、１回転中の少なくとも一部で２つの前記セグメント間の隙間が含まれる間隔であることを特徴とする請求項１に記載の直流電動機。
回転軸と、
この回転軸に対し円弧状に略等間隔に配設した複数のマグネット部と、
前記マグネット部の内周面に対向して放射状に形成された複数の磁極歯と、
各磁極歯に巻回されたコイルと、
前記磁極歯の軸方向の一方の端部に隣接して、一定の隙間を介して円環状に設けられ、各コイルの巻線端部が接続される複数のセグメントとを有する直流電動機において、
前記マグネット数ｍは、４であり、
前記磁極歯数ｔは、６であり、
前記セグメント数ｓは、１２であり、
前記ブラシ数ｂは、２，３又は４であり、
前記セグメントは、２個ずつ間を飛ばして２個ごとにコイルに接続して連続した一連のコイルを形成し、
隣接するコイルの通電方向が正逆反対方向となるように前記コイルとセグメントが結線され、
前記１２個のセグメント同士は、６個ごとに結線されたことを特徴とする直流電動機。
前記ｔ個の磁極歯に巻回された各コイルの巻線端部を２ｔ個のセグメントのうちｔ個のセグメントに接続させて一連のｔ個のコイルを形成し、さらに残りのｔ個のセグメントに巻線端部を接続させて各磁極歯にコイルを重ねて巻回して前記一連のコイルと同じ形状の別の一連のｔ個のコイルを形成したことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の直流電動機。
回転軸と、
この回転軸に対し円弧状に略等間隔に配設したｍ個のマグネット部と、
前記マグネット部の内周面に対向して放射状に形成されたｔ（＝ｍ＋２）個の磁極歯と、
１つおきにｔ／２個の磁極歯に２個ずつ設けたｔ個のコイルと、
前記磁極歯の軸方向の一方の端部に隣接して、一定の隙間を介して円環状に設けられ、各コイルの巻線端部が接続される２ｔ個のセグメントと、
前記セグメントに摺接する複数のブラシとを有する直流電動機において、
前記２ｔ個のセグメントのうち、２個ずつ間を飛ばして２個ごとにｔ個のセグメントを用いて前記ｔ個のコイルに接続することにより、連続したｔ個の一連のコイルを形成し、
各磁極歯に設けた２個のコイルのうち、一方のコイルの巻線の両端部は相互に交差して前記セグメントに接続され、他方のコイルの巻線の両端部は相互に離間して前記セグメントに接続されたことを特徴とする直流電動機。
前記ｔ個の磁極歯のうちｔ／２個の磁極歯に巻回された各コイルの巻線端部を２ｔ個のセグメントのうちｔ個のセグメントに接続させて一連のコイルを形成し、さらに残りのｔ／２個の磁極歯にコイルを巻回してその巻線端部を残りのｔ個のセグメントに接続させて前記一連のコイルと同じ形状の別の一連のコイルを形成したことを特徴とする請求項５に記載の直流電動機。
回転軸と、
この回転軸に対し円弧状に略等間隔に配設した４つのマグネット部と、
前記マグネット部の内周面に対向して放射状に形成された３個の磁極歯と、
３個の磁極歯の各々に２個ずつ設けた６個のコイルと、
前記磁極歯の軸方向の一方の端部に隣接して、一定の隙間を介して円環状に設けられ、各コイルの巻線端部が接続される１２個のセグメントと、
前記セグメントに摺接する複数のブラシとを有する直流電動機において、
前記セグメントは、２個ずつ間を飛ばして２個ごとにコイルに接続して連続した６個の一連のコイルを形成し、
各磁極歯に設けた２個のコイルのうち、一方のコイルの巻線の両端部は相互に交差して前記セグメントに接続され、他方のコイルの巻線の両端部は相互に離間して前記セグメントに接続されたことを特徴とする直流電動機。
前記３個の磁極歯に巻回した各コイルの巻線端部を、１２個のセグメントのうち６個のセグメントに接続させて一連のコイルを形成し、さらに前記３個の磁極歯に２個ずつ別のコイルを形成し、該別のコイルの巻線端部を残りの６個のセグメントに接続させて前記一連のコイルと同じ形状の別の一連のコイルを形成したことを特徴とする請求項７に記載の直流電動機。